基于植物模板的超疏水材料表面的制备及疏水性能研究
发布时间：2020-04-20 19:12
【摘要】：超疏水表面材料因其较低的表面自由能带来一系列独特的物理化学性能,如防水,防污,防腐,防霜和防冻。这些性能赋予了材料诸多的使用优势,比如:做成疏水表面的车窗玻璃即使是在雨天也有良好的行车视野,超疏水的仪器设备不仅不会被腐蚀,而且还能延长使用寿命,同时能避免一些昂贵药品粘附造成的浪费等等。制备超疏水材料的方法众多,传统的超疏水表面主要通过人工模仿构建仿生的粗糙表面,再加以表面化学改性得到,然而人工制造的方法在结构精密程度上有所欠缺,即便是借助当今最先进的仪器设备也无法完全复刻天然生物所具有的多级复杂的结构,在某种程度上阻碍了超疏水的深度发展。本研究运用遗态材料学的思想,通过以自然界生物(荷叶,粽叶,白松木材)为模板,借助物理化学的方法改变其模板结构的成分,制备出满足我们需求的特定的具有原模板结构的材料,并通过表面改性,完成疏水表面制备。本研究主要通过烧结、电镀、金属辅助刻蚀等方法分别制备出了具有荷叶和粽叶结构的超疏水铜、锌表面材料,以及具有白松木材相反结构的锥状单晶硅疏水表面。(1)采用自然界中的荷叶、粽叶为生物模板,通过高温烧结得到保留其结构的碳材料,然后将该碳材料作为阴极,在其表面电镀一层特定金属层,再经过氟硅烷表面改性成功制备具有原模板材料结构的超疏水金属表面;实验还通过调节电镀工艺参数,探究不同电镀参数对样品形貌以及疏水性能的影响。(2)以白松木材为生物模板,通过浸渍烧结得到表面附着铜颗粒的Cu/C材料,并以该材料作为辅助,采用化学刻蚀法在单晶硅表面刻蚀得到具有白松相反结构的锥状硅表面材料,并对其进行氟硅烷处理,研究了其表面疏水性能。
【图文】：
粗糙程度下的接触角理论值，ｅ为杨氏方程的理论值，即本证接触角。逡逑Ｗｅ邋ｎ邋ｚｅ邋１认为生际ｔｉｌｌ固液接触为QR全接触，即液休允令浸润到丨卩彳体表丨（ｉｆ粗造逡逑结构的间隙内部，如图１．２所示为Ｗｅｎｚｅｌ模型，，因此固液的实际接触而积要大逡逑于几何投影面积，即ｒ＞ｌ。逡逑由以上方程可以发现，当本证接触角０＞９0°，固体表面会由粗糙度的增大逡逑而表现得更加疏水；当０＜９0°，固体表面会由粗糙度的增大而表现得更亲水。逡逑」．—」１—丨＿逡逑图１．２邋Ｗｅｎｚｅ丨模型逡逑１．４．３邋Ｃａｓｓｉｅ邋模型逡逑Ｃａｓｓｉｅ在Ｗｅｎｚｅｌ模型的理论基础上继续发展，提出研究了组成的不均一性逡逑对表面浸润性的影响，如图１．３所示，认为这种组成非均一表面的浸润性是各个逡逑组分浸润性的加和，表观接触角（０＇）与各组分本征接触角（ｅ0的关系如下：逡逑ＣＯＳｅ＾ａｉＣＯＳＱｉ＋ａｉＣＯＳｅａ逡逑ｃｕ是构成表面各组分的g.量分数，ａｉ＋ｏｔ２＝ｌ。逡逑~栧义希撸恚酰酰裕裕椋睿咤义贤迹保冲澹茫幔螅螅椋迥Ｐ湾义希保党杷砻娴闹票阜椒ㄥ义暇弑复植诮峁购偷捅砻婺苁侵票赋杷牧媳乇傅牧礁鎏跫
本文编号：2634865
【图文】：
粗糙程度下的接触角理论值，ｅ为杨氏方程的理论值，即本证接触角。逡逑Ｗｅ邋ｎ邋ｚｅ邋１认为生际ｔｉｌｌ固液接触为QR全接触，即液休允令浸润到丨卩彳体表丨（ｉｆ粗造逡逑结构的间隙内部，如图１．２所示为Ｗｅｎｚｅｌ模型，，因此固液的实际接触而积要大逡逑于几何投影面积，即ｒ＞ｌ。逡逑由以上方程可以发现，当本证接触角０＞９0°，固体表面会由粗糙度的增大逡逑而表现得更加疏水；当０＜９0°，固体表面会由粗糙度的增大而表现得更亲水。逡逑」．—」１—丨＿逡逑图１．２邋Ｗｅｎｚｅ丨模型逡逑１．４．３邋Ｃａｓｓｉｅ邋模型逡逑Ｃａｓｓｉｅ在Ｗｅｎｚｅｌ模型的理论基础上继续发展，提出研究了组成的不均一性逡逑对表面浸润性的影响，如图１．３所示，认为这种组成非均一表面的浸润性是各个逡逑组分浸润性的加和，表观接触角（０＇）与各组分本征接触角（ｅ0的关系如下：逡逑ＣＯＳｅ＾ａｉＣＯＳＱｉ＋ａｉＣＯＳｅａ逡逑ｃｕ是构成表面各组分的g.量分数，ａｉ＋ｏｔ２＝ｌ。逡逑~栧义希撸恚酰酰裕裕椋睿咤义贤迹保冲澹茫幔螅螅椋迥Ｐ湾义希保党杷砻娴闹票阜椒ㄥ义暇弑复植诮峁购偷捅砻婺苁侵票赋杷牧媳乇傅牧礁鎏跫
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